青島智慧地鐵的研究與思考

呂平

摘 要：目前，國內許多城市正在利用云計算、物聯網、大數據、人工智能與 5G 技術等實現地鐵智慧化。首先從國家政策、行業現狀等角度論述智慧地鐵發展的必要性，提出智慧地鐵的建設理念及目標;然后從智慧建設、智慧運營、智慧維保 3 個方面闡述智慧地鐵在青島軌道交通中的應用，并提出幾點設想和建議，以供有關部門和同行參考。

關鍵詞：地鐵;城軌云;智慧化;智慧應用;研究

中圖分類號：U321.7

目前國內許多城市正在利用云計算、大數據、人工智能與5G等技術實現地鐵智慧化，服務于地鐵安全和高效運行，提高乘客滿意度，降低地鐵運營和維護成本。青島地鐵在轉型發展中積極推動智慧地鐵建設，主動適應地鐵工程建設規?；⑷谫Y方式多樣化、線網布局網絡化、運輸制式多元化、運營方式智能化、支撐技術信息化等發展新態勢，實現資源整合、模式創新、效能優化，以進一步提升服務水平，助力青島地鐵快速發展。

1 背景

1.1 國家政策

2006年2月中華人民共和國國務院（以下簡稱“國務院”）在《國家中長期科學和技術發展規劃綱要2006 — 2020年》中首次提出“智能交通”作為全國性戰略目標。2017年2月國務院下發《“十三五”現代綜合交通運輸體系發展規劃》，其中明確指出“促進交通產業智能化變革，實現基礎設施和載運工具數字化、網絡化，運營運行智能化”。2019年9月中國共產黨中央委員會、國務院發布《交通強國建設綱要》，其中明確提出大力發展智慧交通。2019年9月，習近平總書記在大興機場開通時提出“要繼續大力發展軌道交通，構建綜合、綠色、安全、智能的立體化現代化城市交通系統，始終保持國際最先進水平?！?/p>

1.2 行業現狀

目前，全國眾多城市已開展智慧地鐵的研究和實踐，其中以上海、廣州、深圳為代表，走在行業前列。杭州、西安、武漢、成都、合肥、呼和浩特等城市為適應地鐵的發展，也在積極開展智慧地鐵的研究與應用。行業普遍認為，開展全面智慧地鐵實踐的城市普遍具有以下特征：①項目概算相對滿足;②有一定的人才和技術儲備，信息化、自動化水平較高;③人力成本較高，需求較為強烈;④已開通運營多條線路，形成線網規模。這些特征也是智慧地鐵建設的條件。

2 建設理念及目標

目前業界對于智慧地鐵的定義尚無統一標準，比較普遍的認識是：智慧地鐵是使用數據驅動和軟件定義等方法，將新一代信息通信技術和地鐵運行技術深度融合，貫穿建設、運維、資源開發等地鐵運行管理活動的各個環節，具有自主感知、分析診斷、自主決策、精準執行和自我學習等能力，可進一步提升地鐵安全、效率、效益和服務水平的新型生產方式。

智慧地鐵作為一個漸進的過程，是一個從對象數字化到執行智能化，最終實現決策智慧化的過程。智慧地鐵并不是一個新建的系統，而是技術融合、創新發展，其目的是通過研發、引入其他領域的新技術，結合地鐵的業務特點與業務場景，對既有地鐵業務進行智慧化賦能的一個過程，最終實現各類業務服務質量與執行能力的提升。

2.1 不忘初心——智慧地鐵建設的核心目標

青島智慧地鐵的建設要始終圍繞“安全、服務、效率、效益”4個目標推進，對各項智慧應用的建設需求、各種新技術的采用、推進的實施路線等都要圍繞這4個目標進行客觀、科學的評估，不被其他因素所左右。

2.2 全面覆蓋——實現全生命周期智慧化

由于地鐵業務從建設到運維、服務具有延續性，各專業之間又相互緊密關聯，因此，一個好的智慧地鐵方案一定是從全生命周期、全業務領域進行設計，任何一個環節的缺失都將影響整個系統。青島智慧地鐵的建設，必須實現全生命周期和全業務領域覆蓋，具體包括智慧建設、智慧運行、智慧維保等業務領域。

2.3 數據驅動——實現 5 大智慧能力

智慧地鐵相關智慧領域的應用應該具備智能特征，智能特征是應用系統智慧能力的體現，也是評估應用系統智能程度的標準。智能特征包括狀態感知、分析診斷、智能決策、精準執行和自主學習5大類，通過這5大類智慧能力的集成，可構建青島地鐵“數據-信息-知識-決策”的業務閉環，從而實現各類業務的智慧聯動和資源的智慧配置。

2.4 云邊結合——構建智慧地鐵整體模型

智慧地鐵模型建立在統一的標準規范和安全策略之上。目前，青島地鐵根據初步確定的模型“核心智慧+邊緣智能”進行模塊設計，以適應線網大數據中心的后期建設需求，如圖1所示。應用層作為智慧地鐵的外在體現，面向不同系統層級和業務領域構建地鐵行業知識沉淀能力;數據處理層作為智慧核心，面向智慧建設、智慧運行和智慧維保3個領域，構建核心業務分析及處理能力;基礎層作為智慧地鐵的承載平臺，包括云管平臺及各類計算、存儲和網絡資源，承載基礎層分析所需的核心數據;邊緣智能層作為智慧地鐵的神經末梢，一方面感知末端設施、設備、人員、乘客等不同對象的信息，構建多源異構數據采集能力;另一方面針對已具備智慧特征的自動化、信息化系統，構建邊緣智慧能力。

2.5 任務目標

綜上所述，智慧地鐵的建設任務目標可以總結為：建設一個云平臺，創建智慧建設、智慧運行、智慧維保3類智慧應用，具備狀態感知、分析診斷、智能決策、精準執行和自主學習5大智慧能力。以青島地鐵6號線為示范打造智慧地鐵，建成后青島智慧地鐵處于全國領先水平，在信息化與自動化融合的基礎上，構建智能感知、智能聯動的能力，用數據驅動安全、效率、效益和服務的提升，打造智慧地鐵第一代1.0。

3 青島地鐵 6 號線項目研究與設想

地鐵6號線作為青島智慧地鐵示范線，適應行業發展，提出“智慧地鐵、城軌云”建設理念，包含智慧建設、智慧運行和智慧維保3類智慧應用，如圖2所示。6號線初步設計方案以建筑信息模型技術（BIM）為基礎，打造智慧工地安全管理平臺，范圍從土建施工到機電設備安裝，對項目施工過程進行全方位、可控化、數據化、可視化的實時監管，并結合青島企業資產管理系統（EAM系統），推廣BIM正向設計，實現數字化驗交和支持后續運營維護。以云平臺為基礎，以智慧運行平臺、智慧維保平臺為核心，通過智能視頻分析、客流分析、設備狀態監測、環境監測等智能感知技術，細化與相關系統及設備的邏輯關系及聯動功能，實現車站相關運營場景的智能化運行、面向乘客的智慧化服務、面向運營維保智慧化維修。

3.1 智慧建設

面向建設全過程，6號線實現基于多元數據的地鐵線路前期規劃和設計、融合智慧視覺與遠程監控的風險管控，以及基于BIM的全生命周期建設管理等。

3.1.1 智慧工地

6號線綜合運用互聯網、物聯網、大數據、智能化、云計算等信息技術與項目管理過程、流程與標準深度融合，并集成既有各類項目管理系統與BIM管理平臺，建立項目管理“全過程、全覆蓋、全要素、全流程”的“智慧工地”信息化集成管理系統。固化項目管理計劃、變更、驗收等各類標準與流程，利用人臉識別、視頻監控、自動化監測等技術，實時采集現場信息，通過對項目建設各方的人、機、料、法、環以及關鍵部位等信息進行直觀、動態、綜合、統一的智能分析和數據交互、共享、提示、預報警。系統主要包括項目概覽，工程前期管理，勘察設計管理，進度管理，招標、合同與分包管理，人員管理，安全管理，質量管理，應急管理，現場管理，機電設備及材料管理，調試管理等模塊，有助于工程建設各方在安全、質量、計劃、進度等方面進行信息化、標準化、數字化、可追溯化管控，為各層級管理決策提供全面、可靠性依據，解決項目管理信息掌握不全、不真實，傳統人工統計量大，子系統間信息孤島等問題，規范各方管理行為，強化參建各方監管，提高各層級工作效率。

3.1.2 BIM應用方案

6號線通過補充完善青島地鐵集團有限公司及青島市西海岸軌道交通有限公司既有標準體系，同時利用BIM技術實現基于信息化管理平臺的全生命期應用。在工程建設階段，完成模型創建、管線優化、工程量統計等，同時為智慧工地提供標準模型與完整數據信息。在工程移交階段，完成竣工模型調整和工程資料整理，同時上傳項目管理信息化平臺，實現電子歸檔。在工程運維階段，實現BIM編碼與EAM編碼的結合，同時為智慧維保提供數據信息。BIM信息化管理平臺應用貫穿“設計、施工、運維”全過程，主要提供優質的數字化服務，發揮BIM技術在協同設計、設計優化、施工指導、項目管理、資產移交等關鍵性工作中的作用。

3.2 云平臺方案

云平臺整體架構方案按照安全生產網、內部管理網、外部服務網的原則進行構建，承載智慧運行、智慧維保等相關業務系統。按照業務性質分別部署于不同的網絡，云平臺為承載的各個業務系統提供計算、存儲、網絡資源，同時建設大數據共享平臺，通過數據接口、數據格式的標準化，收集、整理、存儲各業務系統數據，為數據共享和大數據分析提供基礎條件。本次云平臺規模暫按6號線一期工程設置，預留二期工程接入及后期升級為線網級云平臺的條件，為保證6號線一期工程順利實施，本次建設云平臺主用中心（設置于黃島區域控制中心）和云平臺災備中心（設置于6號線抓馬山車輛段），并在各站、段設置站段云節點。

3.3 智慧運行

面向運營一體化，6號線實現自適應的行車調度、智能化的乘務排班、智慧車站運轉，以及與智慧城市其他領域間的聯動等;并圍繞乘客服務，引入智能問詢終端、交互屏、人臉識別、語音購票、圖像識別、體感等智能設備和技術實現乘客的自主服務。

3.3.1 智慧行車

智慧行車包含列車自主運行和全自動運行2個方面。6號線采用的列車自主運行系統（TACS）為國家發展和改革委員會批復的示范應用項目，TACS以列車為主體和控制核心，實現列車自主進路、自主防護、自動駕駛、自主調整功能，最終實現列車的自主運行。TACS按照列車自動駕駛等級（GoA）3級有人值守的全自動運行（DTO）模式組織運營，車輛段將采用與正線相同的設備配置，如圖3所示。

3.3.2 智慧車站

6號線工程為了提高運營效率和方便乘客出行，對車站內部客流、環境等進行全方位感知，并增設自助票務處理終端設備、語音購票功能、人臉識別過閘功能、車廂擁擠度顯示功能、智慧安檢功能、智能照明功能、智能空調電子導引功能和一鍵開關站功能等，如圖4所示。

3.4 智慧維保

6號線智慧維保緊緊圍繞青島地鐵“安全第一、服務至上、效率優先、效益提升”4個核心，以智慧維保平臺為基礎，以云平臺為載體，以車輛、通信、TACS、自動售檢票系統（AFC）、機電、供電、軌道等專業的智慧維保為支撐，如圖5所示。通過智慧化在線監測手段，實現設備狀態實時監測的功能，各項數據由各專業專家診斷系統進行分析，分析結果匯總至智慧維保系統平臺，由平臺對接收的數據進行集中管控，通過信息推送系統與智能工單系統將故障信息與工單發送給相關責任人，統籌安排各系統專業的設備、生產以及資產管理等通用運維管理內容;結合各專業系統設備健康狀況，通過智能化手段生成巡檢計劃，推送并提醒相關人員，由系統進行檢查維護，人員管理系統對運維人員進行個人能效分析;同時，由智能調度系統實現與行、電、環調的數據交互，并具備在緊急情況下相關應急預案、方案、指引類文件的調閱及執行能力。最終建立一種以流程為導向，以業務為中心，注重服務意識的地鐵運維管理模式，旨在提高系統維護效率、降低運維成本、完善資料檔案管理、提高系統監測檢測維護的水平，這可為運維人員提供具有針對性、科學性的故障解決方案，為決策者提供可依據的、最優的決策方案，整體提高6號線的運維效率。

4 智慧地鐵相關建議

結合行業調研情況和青島地鐵應用探索情況，充分總結、深度剖析存在的問題，現提出以下幾點相關建議。

4.1 統籌推進方面

建議集團統一牽頭成立線網級智慧地鐵領導組，高位協調、統籌實施、專業推進、保障高效，從業務需求出發，開展技術方案整體研究，形成統一的建設標準和驗收對接標準，用于后續建設工作。

4.2 實施策略方面

建議智慧地鐵建設內容采用成熟先上、實驗驗證的方法：①針對行業及自身試驗成熟，在安全、生產、服務、經濟等方面已取得應用效果的項目，可直接納入建設需求，推廣使用;②針對技術相對成熟、應用效果目前行業內正在驗證或總結的項目，可進行小規模試點建設，依效果確定是否推廣;③針對行業新技術、新設備，暫未開展驗證但具有應用前景的項目，可以以科研的方式，與廠家合作在運營線路或在建線路進行安裝試驗，依效果確定是否擴大驗證或納入建設需求;④引入行業有經驗的咨詢公司，配合設計單位，共同把握智慧地鐵的建設方向和技術路線，規避可能的技術風險。

4.3 資金來源方面

建議分階段、多渠道爭取資金支持，把新建線路的智能運維建設資金納入工程建設概算;同時由科研牽頭部門對接國家、省市科研主管單位積極申請政府課題立項，爭取智能運維科研課題經費支持;針對運營線路，低成本、小規模的改造可通過科研方式開展，高成本、大規模的改造結合技改、大修等申請專項補貼經費。

5 結束語

智慧地鐵可以提高運營管理人員的業務執行效率與質量，有效地控制成本，為乘客提供最優出行規劃、便捷的出行體驗。同時，智慧地鐵是一項系統工程，需要頂層設計、統籌規劃、平臺先行;智慧地鐵帶來的是全系統、全專業的理念，將促進內外部生態的不斷優化;智慧地鐵是一個共同夢想，需要需求驅動、用戶主導、廠家落地、共建生態。

參考文獻

[1]中華人民共和國國務院. 國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020年）[G]. 2006.

[2]中華人民共和國國務院. 國發[2017]11號? “十三五”現代綜合交通運輸體系發展規劃[G]. 2017.

[3]中國共產黨中央委員會，中華人民共和國國務院. 交通強國建設綱要[G]. 2019.

[4]劉純潔. 上海智慧地鐵的研究與實踐[J].城市軌道交通研究，2019（6）：1-6.

[5]朱建峰. 我國智慧地鐵發展現狀與展望[J].佛山科學技術學院學報（自然科學版），2019（4）：6-9.

[6]顧偉華，黃天印，胡波. 城市軌道交通信息化網絡規劃[J].城市軌道交通研究，2016（z 2）：1-6.

[7]侯文軍，吳彩秀. 地鐵車輛智慧運維平臺研究[J].電機機車與城軌車輛，2019，42（6）：1-3.

[8]秦志遠. 智慧地鐵系統融合應用層研究與設計[J].現代城市軌道交通，2018（8）：5-8.

[9]張穎，岳芫，薛祎. 智慧城市背景下上海打造智慧地鐵的調研與分析[J].市場周刊，2016（11）：58-61.

[10] 陳德旺，章明亮，沈鏞. 智慧地鐵：基于大數據與人工智能的新型地鐵系統[J].智能城市，2018（19）：8-9.

[11] 張克申，安俊峰，趙玉明，等. 地鐵中智慧服務平臺的建設[J].價值工程，2019（19）：242-243.

[12] 李罡. 泉城地鐵的智慧建造之路[J].城市軌道交通，2019（12）：51-53.

[13] 魏運，白文飛，李宇杰. 智慧地鐵需求分析及功能規劃研究[J].都市快軌交通，2020，34（2）：40-48.

[14]鄧珵. 智慧地鐵調度平臺集成技術研究[J].無線互聯科技，2019（12）：143-144.

[15] 江志彬，陳菁菁，谷金晶. 地鐵智慧車站的內涵和實踐途徑[J].城市軌道交通研究，2019（9）：6-9.

[16] 郝建威. 智慧地鐵調度平臺集成技術發展與展望[J].通訊世界，2019（7）：116-117.

[17] 鐘建恩，何銘潮，陸學文，等. 智慧地鐵供電系統自動化發展方向分析[J].電工技術，2019（7）：83-87.

收稿日期 2019-12-26

責任編輯 黨選麗

Research and thinking on Qingdao smart subway

Lv Ping

Abstract： At present， many cities in China are making use of cloud computing， Internet of Things， big data， artificial intelligence AI and 5G technology to realize metro intelligence. First of all， this paper discusses the necessity of smart metro development from the perspective of national policy and industry status， and puts forward the construction concept and goal of smart metro， then it expounds the application of smart metro in Qingdao rail transit from the three aspects of smart construction， smart operation and smart maintenance， and puts forward some ideas and suggestions for the reference of relevant departments and metro operators.

Keywords： subway， urban rail cloud， intelligent， intelligent application， research